(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性材料を実質的に含まない基板上に第２のパターンを形成するために前記非導電性材料を用いて前記基板上に第１のパターンを印刷する印刷工程であって、前記基板が、前記第１のパターンと前記第２のパターンとを本質的に含む表面領域を有する、印刷工程と、
前記第２のパターンを覆う前記導電性材料が、前記第１のパターン内に塗布された前記非導電性材料を覆う前記導電性材料から電気的に絶縁された導電体として機能できるようにするために、前記第１のパターンの前記非導電性材料と、前記非導電性材料を本質的に含まない前記基板と、を覆うように前記基板の前記表面領域に導電性材料を真空蒸着によって塗布する塗布工程と、
前記真空蒸着前及び前記真空蒸着中で、前記非導電性材料の軟化点温度より高い温度で、前記基板及び前記非導電性材料を加熱する加熱工程と、
を含み、
前記非導電性材料が、乳化凝集トナー及び相変化インクのうちの１つを含む、基板上に導電体を形成する方法。
【請求項２】
前記基板上の前記第１のパターンの非導電性材料を溶解し、前記第１のパターンを覆っている前記導電性材料を除去する溶剤を塗布する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非導電性材料及び前記導電性材料は前記基板の第１の面に塗布され、前記溶剤は前記基板の第２の面に塗布される、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、基板上に導電体を形成するための方法に関し、さらに詳細には、基板上に導電性配線を形成するためのプロセスにおいてプリンタを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグおよび他の電子装置用の電気配線を製造するためのプロセスが知られている。典型的なプロセスでは、薄い金属層で基板を完全に覆う。次に、金属層の選択された部分にレジスト材料層を塗布する。基板上に形成する予定の望ましい電気配線と同じパターンで、例えば、アンテナの形状などで、レジスト材料を塗布する。レジスト材料を塗布した後に、酸を通常含むエッチングプロセスが、レジスト材料で覆われていない任意の金属を溶かす。基板を選択する際には基板が酸により溶けないことを確保するように注意しなければならない。さらに、基板は実質的に非多孔質であり、酸が基板の中を通って拡散して、レジスト層の下に形成された金属を溶かさないようになっている必要がある。エッチングプロセスが完了すると、レジスト材料の一部またはすべてをはぎ取って、電気配線が、基板上に設置されるさまざまな電気部品に接続できるようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
異なる基板上に導電体と電気配線とを形成するための既存技術は、電気配線を形成するためのプロセスの複雑さに起因する欠点を有している。例えば、既存技術は、パターンを形成するのにエッチングプロセスを必要とする。さらに、既存プロセスに必要な材料が、各装置に対する生産費を増加させたり、または環境に有害な廃棄物を生成したりする可能性がある。したがって、さまざまな基板上に導電体を生成するための改良されたシステムおよびプロセスが有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、基板上に導電体を形成する方法を開発している。方法は、非導電性材料を実質的に含まない基板上に第２のパターンを形成するために非導電性材料を用いて基板上に第１のパターンを印刷することを含み、基板は第１のパターンと第２のパターンとを本質的に含む表面領域を有し、第２のパターンを覆う導電性材料が、第１のパターン内に塗布された非導電性材料を覆う導電性材料から電気的に絶縁された導電体として機能できるようにするために、第１のパターンの非導電性材料と、非導電性材料を本質的に含まない基板と、を覆うように基板の表面領域に導電性材料を塗布することを含んでいる。
【０００５】
他の実施形態では、基板上に形成された電気回路を開発している。電気回路は、基板上の第１のパターン内に形成された非導電性材料を含み、第１のパターンは、基板の表面領域の第２の部分を露出する第２のパターンを形成するために基板の表面領域の第１の部分だけを覆っており、第１のパターン内に形成された非導電性材料と、基板の表面領域の露出した第２の部分と、を覆う導電性材料を含み、第２のパターンにより露出された基板の表面領域の第２の部分を覆う導電性材料は基板上の第１のパターン内に形成された非導電性材料を覆う導電性材料から電気的に絶縁されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、基板上に導電体を形成するプロセスのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、導電体用の基板として使用する普通紙などの材料の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、線２１８に沿った図２Ａの部分断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａの基板の平面図であり、基板上に非導電性材料パターンを印刷した状態を示している。
【図２Ｄ】図２Ｄは、線２１８に沿った図２Ｃの部分断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｃの基板と、非導電性材料と、の平面図であり、基板と非導電性材料とを覆って導電性材料層を形成した状態を示している。
【図２Ｆ】図２Ｆは、線２１８に沿った図２Ｅの部分断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、非導電性材料上に形成された非導電性材料と導電性材料とを溶剤の任意の塗布により除去した後の図２Ｅの基板の平面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、線２１８に沿った図２Ｇの部分断面図である。
【図３】図３は、図２Ｃ〜図２Ｅに示す非導電性パターンを印刷するように構成された静電印刷システムの模式図である。
【図４】図４は、図２Ｃ〜図２Ｅに示す非導電性パターンを印刷するように構成された相転移インクジェット印刷システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書に開示するシステムおよび方法に対する環境の一般的理解、ならびにシステムおよび方法の詳細の一般的理解のために、図面を参照する。図面では、類似の参照番号は、全体を通じて類似の要素を示すために使用されている。本明細書で使用する場合、用語「導電体」は、電流が電気回路などの実際的応用のために材料の中を通って流れることができるようにしたり、または電流が無線アンテナとして機能できるようにしたりする材料の任意の配置を示している。導電体の一般的な実施例は、ワイヤまたは平面状電気配線内などの連続経路内に形成された銅またはアルミニウムなどの金属を含んでいる。平面状電気配線は、プリント基板上に形成された電気配線のような、基板上の連続経路に沿って形成された導電体の薄層を示している。本明細書で使用する場合、用語「電気絶縁体」または「非導電性材料」は、実際的応用に対して電流に抵抗したり、または電流を阻止したりする任意の材料を示している。詳細に後述するように、導体材料が電流の流れを可能にする連続経路を形成しない場合には、銅などの一般的に導電性である材料を電気絶縁体として構成できる。
【０００８】
詳細に後述するように、プリンタが、基板上にさまざまな電気回路の形をした導電体を形成するプロセスの一部として基板上に「陰画」を印刷するように構成されている。本明細書で使用する場合、用語「陰画」および「反転画像」は取り換えても同じように使用でき、電気回路の目的とする位置に対応しない基板上の位置だけに対応するパターン内にトナーまたはインクなどの非導電性材料を印刷する印字図形を示している。陰画内の非導電性トナーまたはインクは、基板の一部分を被覆する非導電性材料から形成される。何も塗布されていないむき出しの基板上に形成される第２のパターンが、陰画の印字図形の外側の基板のむき出しの部分上に形成される電気回路の形状および配置に対応している。
【０００９】
本明細書で使用する場合、用語「表面粗さ」は、材料の表面の高さの測定された変動を示している。紙などの基板の粗さと、基板上に形成されるマーキング剤パターンの粗さと、を記述するための技術では、さまざまな粗さ測定基準を使用する。１つの一般的に使用される粗さ測定基準はＲａパラメータとして知られている。本明細書で使用する場合、Ｒａパラメータは、表面の領域全体に対して測定した高さの変動の絶対値の算術平均を示している。例えば、紙などのさまざまな基板のＲａが約５０ｎｍから１．２μｍまで変化し、印刷で使用する紙のいくつかの等級が約１００ｎｍから１．０μｍまでのＲａを有している。多層構造では、基板層の表面粗さが、基板層上に形成される１つ以上の材料層の分布に影響を与える。
【００１０】
図１は、紙などの基板上に１つ以上の導電体を形成するプロセス１００を示している。説明のために図２Ａ〜図２Ｈの例示的実施形態と関連してプロセス１００を説明する。プロセス１００は、プリンタに基板を提供することから開始する（ブロック１０４）。カットシートプリンタの実施形態では、基板はプリンタの中の媒体トレイ内に入れられた媒体シートのスタックを通常含んでいる。連続供給プリンタでは、連続供給プリンタ内の印刷ゾーンの中を縫うようにして通り抜ける媒体ロールとして印刷媒体を提供する。静電プリンタおよびインクジェットプリンタが、基板上に画像を印刷するプリンタの２つの実施例である。さまざまなプリンタ構成が、基板の連続ロールまたは個々のカットシートの片面または両面上に画像を印刷する。
【００１１】
図２Ａおよび図２Ｂは、静電プリンタまたはインクジェットプリンタにより印刷するのに適した例示的な紙の基板２０４を示している。図２Ａは紙の基板２０４の平面図であり、図２Ｂは線２１８に沿った基板２０４の部分断面図である。ワックスコーティングまたはプラスチックコーティングなどのコーティングのない普通紙を含むさまざまな種類の紙が、基板として使用するのに適している。図２Ａ〜図２Ｂの構成では、基板２０４は、基板２０４上に形成された１つ以上の導電体が基板２０４を通って大量の電流を漏出させることなく作動できるようにするために非導電性である。基板２０４は、１つ以上の導電体を支持するのに使用できる表面領域を含んでいる。
【００１２】
基板が供給されると、プリンタは基板上に非導電性画像を印刷して、基板の選択された部分上に非導電性パターンを形成する（ブロック１０８）。図２Ｃおよび図２Ｄが、印刷されたパターン２０８として示された印刷された陰画を示している。画像は、基板２０４の一部分を被覆する非導電性材料から形成される。図２Ｄは、非導電性材料の表面２１２を含む線２１８に沿った基板２０４と印刷されたパターン２０８との断面図を示している。図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、印刷された陰画パターン２０８は基板２０４の選択された部分を非導電性材料で被覆する。
【００１３】
非導電性材料の２つの実施例が、乳化凝集トナーおよび相転移インクである。さまざまな実施形態では、静電印刷システムは乳化凝集トナーを用いてパターン２０８を印刷し、相転移インクジェット印刷システムは相転移インクを用いてパターン２０８を印刷する。プリンタは、１つ以上の印刷されていない領域２１０を取り囲む陰画として、基板２０４上に非導電性パターン２０８を印刷する。印刷されていない領域２１０は、基板２０４上に導電体を形成する前に、１つ以上の導電体の形状に対応するパターンを形成する。パターン２０８内に形成されたパターンは、基板上に導電体の形状に対応する第２のパターンを形成するためにマーキング剤を実質的に含まない印刷されていない領域２１０などの露出部分を残した状態で、基板２０４の表面領域の一部分を覆う。
【００１４】
図２Ｃ〜図２Ｄの実施形態では、非導電性層の厚さが約８μｍである。他の実施形態では、非導電性材料の厚さが約１．０μｍから５０μｍの間である。印字図形を形成するのに使用するマーキング剤の密度とマーキング剤の種類とが、非導電性パターン２０８の厚さに影響を与える。いくつかのプリンタ構成がマルチパス構成において基板上に画像の複製を印刷して、非導電性材料のより厚い層を形成する。
【００１５】
基板上に非導電性画像を印刷した時点で、基板２０４と、非導電性パターン２０８の表面２１２と、に対して導電性材料層を塗布する（ブロック１１２）。一実施形態では、液状媒体内に分散している粒子状態の銀、銅、銅銀合金、またはアルミニウムなどの溶解性金属を含む溶液を基板２０４に塗布する。溶液内の溶剤が蒸発して、基板２０４の露出部分と、印字図形２１２の表面との両方を覆って形成された金属層から出て行く。図２Ａ〜図２Ｇの一実施形態では、厚さ約２２０ｎｍの層内に銅を蒸着している。
【００１６】
他の実施形態では、銅またはアルミニウムなどの金属の真空蒸着またはスパッタリングを用いて導電性材料を塗布する。一実施形態では、基板が室温（約２５℃）である。他の実施形態では、基板を事前印刷された非導電性材料と一緒に、高められた基板温度まで加熱し、いくつかの実施形態では基板を約４０℃〜１２０℃の範囲に加熱する。第１のパターンを形成するトナーまたは相転移インクマーキング剤の軟化点温度よりも高い温度まで基板２０４と、パターン２０８内の非導電性材料とを加熱する。この高められた温度では、マーキング剤が軟化して、導電性材料の一部分がパターン２０８内の非導電性マーキング剤の中に吸収できるようになる。また、この高められた温度は、導電性材料の塗布時にパターン２０８内の非導電性材料内のマーキング剤が流れたりせず、または他の方法で印字図形の形状を変形させたりしないほど十分低い温度である。
【００１７】
さまざまな実施形態では、導電性層２１６の厚さが約５０ｎｍと１０μｍの間であり、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ〜５μｍの厚さの導電層を形成する。いくつかの実施形態では、非導電性画像の厚さと、導電性層の厚さの差が少なくとも５００ｎｍあり、他方、他の実施形態では厚さの最小差が２．０μｍよりも大きい。基板の表面上に導電性材料の初期層を形成した後に、電気めっきまたは化学めっきを用いる任意の金属めっきプロセスにより導電体の厚さを増すことができる。
【００１８】
図２Ｅは、導電体２１６と、非導電性パターン２０８を覆って形成された導電性材料２２０と、の平面図を示している。図２Ｆは、非導電性パターン２０８の表面２１２上に形成された導電性材料２２０の図を含む、線２１８に沿った図２Ｅの部分断面図を示している。図２Ｅおよび図２Ｆの構成では、基板２０４の表面上の印刷されていないパターン２１０内に導電体２１６を形成している。導電体２１６内に蒸着された金属が連続導電体を形成できるほど、基板２０４が十分滑らかな表面を有するように基板２０４を選択する。市販のコーティングしていない紙のさまざまな在庫が、導電体２１６の形成に好適な基板を提供する。
【００１９】
導電体２１６は、基板２０４上に取り付けられた高周波識別装置（ＲＦＩＤ）（図示せず）に電気的に接続される電気接点２２２および２２４を有するＲＦＩＤ用のアンテナとして構成されている。他の構成では、印刷されたパターン２０８、印刷されていないパターン２１０、および導電体２１６が、さまざまな種類の電気回路用の導電体を提供するさまざまなパターンで形成される。
【００２０】
導電性材料は、導電体２１６を形成するための印刷されていないパターン２１０と、実質的に非導電性であるか、または導電体２１６ほど導電性がない層２２０を形成するための非導電性パターン２０８と、の両方全体を覆って形成される。非導電性パターン２０８は少なくとも２つの方法で導体２１６を電気的に絶縁する。第１に、パターン２０８内の非導電性材料の厚さが、非導電性パターン２０８の表面上に形成された導電性材料２２０から、導電体２１６を分離する。図２Ｅおよび図２Ｆの実施例では、非導電性パターン２０８は厚さ約８μｍであり、他方、導電体２１６は厚さ約２２０ｎｍであり、非導電性パターン２０８の表面２１２より低い所に位置している。
【００２１】
また、非導電性パターン２０８は、下にある基板２０４よりも大きな表面粗さを提供する表面２１２を含んでいる。非導電性パターン２０８の表面粗さは、導電性材料２２０が、電流の流れを可能にする材料の連続層を形成するのを妨げる。実施形態例では、非導電性パターン２０８の表面２１２が、導電性層２２０の厚さ約２２０ｎｍよりも大きい約１．５μｍのＲａを有している。
【００２２】
他の実施形態では、印字図形内の非導電性材料のＲａが約１００ｎｍと１０μｍの間であり、いくつかの実施形態では５００ｎｍと５μｍの間の粗さを有している。いくつかの実施形態では、非導電性材料の表面粗さＲａパラメータが、少なくとも１００ｎｍ〜５００ｎｍほど基板のＲａパラメータを超えている。他の実施形態では、非導電性材料の表面粗さが基板と実質的に一致している。後述するように、非導電性材料の表面粗さが基板の表面粗さと同様である実施形態では、導電性材料の少なくとも一部分が非導電性材料の中に浸透する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、導電性材料２２０が非導電性パターン２０８上に導電性層を形成するのを防止するために、非導電性パターン２０８が導電性材料２２０の一部分を吸収する。上述のように、マーキング剤を加熱して軟化させる真空蒸着プロセスは塗布プロセスの実施例であり、この塗布プロセスでは、導電性材料２２０の一部分がパターン２０８の非導電性材料の中に吸収される。導電体が非導電性パターン２０８に浸透するとき導電体２２０内の金属原子が拡散して、非導電性材料と吸収された導体材料との結果として得られる組み合わせは高い電気抵抗を有している。
【００２４】
印刷されたパターン２０８内の非導電性材料の構成が、導電体２１６から導電性材料２２０を分離して、導電性材料２２０が分かれた個別の導電体を形成するのを防止する。図２Ｅおよび図２Ｆの例示的構成では、導電体２１６は約５５Ωの電気抵抗を有し、他方、印刷されたパターン２０８上の層２２０に対する電気抵抗は１０９Ωよりも大きい抵抗を有している。他のさまざまな構成では、導電体２１６などの、基板上に直接に形成された導電性材料が、１，０００Ｓ／ｃｍ〜１０，０００Ｓ／ｃｍを超える電気伝導度を有している。非導電性パターン２０８全体を覆って形成される導電性材料は、通常１０−５Ｓ／ｃｍ〜１０−１０Ｓ／ｃｍよりも小さい範囲の低い電気伝導度を有しており、さまざまな電気回路用の効果的な電気絶縁体を形成する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、基板２０４上と、パターン２０８内の非導電性材料上とに導電性材料を蒸着した後にプロセス１００が終了する。図２Ｅおよび図２Ｆは、基板２０４上にアンテナとして形成された機能的な導電体２１６を示しており、例示的実施形態ではＲＦＩＤをアンテナ接点２２２および２２４に電気的に接続する。先行技術構成とは異なり、アンテナ導体２１６の表面がレジスト材料を含んでおらず、ＲＦＩＤに電気的に接続するためのアンテナ接点２２２および２２４を作るのに追加プロセスを必要としない。また、導体材料がＲＦＩＤアンテナまたは他の電気回路の形で既に形成されているため、導体材料をエッチングするための追加プロセスを必要としない。上述のように、非導電性パターン２０８と導電性材料２２０の層とは、導電体２１６から電気的に絶縁されており、基板２０４上に取り付けられたＲＦＩＤは導電体２１６から形成されたアンテナとともに作動する。
【００２６】
プロセス１００のいくつかの実施形態が、基板２０４からパターン２０８内の非導電性材料を除去するための溶剤の任意の塗布を含んでいる（ブロック１１６）。図２Ｇおよび図２Ｈは、溶剤が基板２０４から、パターン２０８内の非導電性材料と、導電性材料２２０と、を除去する任意の構成を示している。図２Ｇは、非導電性パターン２０８と、導電性材料２２０とを含まない、基板２０４と導電体２１６との平面図を示している。図２Ｈは、線２１８に沿った図２Ｇの部分断面図を示している。
【００２７】
また、図２Ｈは基板２０４に浸透する溶剤２２８を示している。溶剤２２８は非導電性パターン２０８を溶かすが、基板２０４と導電体２１６とを実質的に無傷のまま保つ。基板から金属を除去するのに使用する溶剤とは異なり、溶剤２２８は金属導電体２１６を溶かさず、導電体２１６を保護するためのレジスト材料を必要としない。非導電性パターン２０８上に形成された導電性層２２０は、非導電性パターン２０８が溶けるときに溶剤の中に分解し、導電体２１６が基板２０４上にある状態のままで電気回路を残す。
【００２８】
一実施形態では、溶剤２２８としてトルエンを使用して、乳化凝集トナーと相転移インクの両方を溶かす一方で、紙と、銅またはアルミニウムの金属層とを無傷のまま保つ。基板２０４をトルエン溶剤２２８内に約３０秒間浸漬して、非導電性パターン２０８と導電性材料２２０とを除去する。多孔性の基板２０４は、溶剤２２８が基板２０４の画像化されていない面を通って浸透して、パターン２０８内の非導電性材料に到達できるようにする。プロセス１００のいくつかの実施形態が、追加の電気回路を形成するのに用いる溶剤２２８の塗布後に、導電性材料２２０を再利用することを含んでいる。
【００２９】
トルエンは溶剤の一実施例であるが、他のさまざまな溶剤が非導電性パターン２０８を溶かすのに適している。例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、およびヘプタンなどの脂肪族炭化水素を含む炭化水素溶剤、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、およびエチルベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチルなどのエステル、ＴＨＦなどのエーテル、アセトン、ＭＩＢＫなどのケトン、ＮＭＰおよびＤＭＦなどのアミドなどがすべて、基板２０４と導電体２１６とに損傷を与えることなく非導電性材料を溶かすのに好適である。処理時間が１秒間〜３０分間続き、典型的な処理時間は５秒間〜１分間である。一実施形態では、３０秒未満の処理時間が、媒体ウェブ上に複数の導体を形成した後に、ピックアップロールに媒体ウェブを巻き取る前に連続媒体ウェブに溶剤を塗布することを可能にする。
【００３０】
プロセス１００は、紙などの安価な基板上にさまざまな導電体および電気回路を生成するのに使用できる。他の構成では、導電体が、プロセッサ、メモリ、センサデバイス、視覚的表示装置、無線送受信機、および電池を含む２つ以上の表面実装電気部品の間の電気的接続を確立するのに使用される。プロセスのいくつかの実施形態では、電気回路内の導電体から電気部品を形成する。例えば、導電体の長さと幅の変化が抵抗器を形成し、同心の渦巻き形状にパターン形成された電気配線が誘導子を形成する。
【００３１】
図２Ａ〜図２Ｈは基板の片面上に形成した導電体を示しているが、プロセス１００は基板の両面上にもまた同様に導電体を形成できる。１つの構成では、両面印刷プロセスが基板２０４の両面上に非導電性画像を形成する。プロセス１００のその実施形態では、ブロック１１２で上述したように基板の両面上に単一プロセスで導電性材料を蒸着する。両面導体は、より複雑な配置の電気回路の形成、または基板上のより小さい面積サイズを有する電気回路の形成を可能にする。さらに、基板２０４の両面上に形成された対応する導電体は、コンデンサ用の誘電体として機能する基板２０４と一体になってコンデンサを形成できる。
【００３２】
図３は、非導電性乳化凝集トナーを用いて基板上に上述の陰画を印刷するように構成された静電プリンタ３００を示している。プリンタ３００は、供給ユニット３１４と、印刷ユニット３１８と、出力ユニット３２０と、を含んでいる。供給ユニット３１４は、供給ユニットから印刷ユニット３１８を通って送り出される紙などの印刷媒体の基板の連続ロール３１６を内蔵している。印刷ユニット３１８は基板上に非導電性パターン２０８の画像を印刷して、画像を基板に定着させる。その後、印刷媒体は出力ユニット３２０に移動して、この出力ユニット３２０では印刷媒体がピックアップロール３２２上に巻きつく。ピックアップロール３２２内の画像化済みの基板は、１つ以上の電気回路構成に対応する多数の印刷された陰画を通常含んでいる。プロセス１００を実行するシステムでは、ピックアップロール３２２をプリンタ３００から取り外して、ピックアップロール３２２上に形成された画像上に他のシステムを用いて導電性層を塗布する。
【００３３】
印刷ユニット３１８はオペレータ操作卓３２４を含み、このオペレータ操作卓３２４では、機械３００が実行する印刷ジョブに対する作業票を再検討してもよく、および／または変更してもよい。印刷ジョブの間に印刷される予定のページは、プリンタ３００により走査してもよく、または電気通信リンクを介して受信してもよい。プロセス１００の構成では、プリンタ３００は、基板上に形成される予定の１つ以上の導電体の構成に対応するラスタデータを受信する。いくつかの印刷ジョブが導電体の「陽」画を指定し、この導電体の「陽」画ではラスタ画像データが基板上に形成される導電体に対応している。プリンタ３００は陽画のラスタ画像を陰画のラスタ画像に反転させるように構成可能であり、プリンタ３００は導電体に対応する領域を基板上で空白のままに残しておく。プリンタ３００のいくつかの構成が、ガーバー形式のデータなどの非ラスタデータ形式を、基板上に印刷するための対応するラスタ画像データに変換する。
【００３４】
印刷ユニット３１８はラスタ画像データに準拠してビットデータを生成し、ビットデータをラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）３３０に提供して感光体３２８上に潜像を形成する。一実施形態では、ＲＯＳ３３０が、陰画データに対応する位置の感光体３２８上にレーザ光線を選択的に当てるレーザである。プリンタ３００の構成では、感光体３２８は図面に示す巡回経路を、矢印で示す方向に連続的に移動するベルトである。他の静電プリンタが感光体として回転ドラムを使用する。
【００３５】
現像サブシステム３３４が感光体３２８上のトナーを現像する。プリンタ３００では、トナーは乳化凝集トナーである。一実施形態では、乳化凝集トナーが光学的に透明であるが、さまざまな色のトナーもまた同様に使用できる。基板にトナーを塗布することにより、基板上の印字図形の表面粗さを制御する。画像の表面粗さは、例えば、異なる定着圧力を使用することにより、異なる定着温度を使用することにより、または異なる定着材料を使用することなどにより、制御できる。定着プロセスにおいて高圧を加えると表面粗さが小さくなり、他方、低圧を加えると表面粗さが大きくなる。一般に、高い定着温度は小さい表面粗さをもたらし、他方、低い定着温度は大きい表面粗さをもたらす。プリンタで使用するトナー材料もまた同様に画像表面粗さに影響を与える。ゲル成分を含むトナーが、プロセス１００とともに使用すると大きい表面粗さの印字図形をもたらすトナーの実施例である。
【００３６】
転写ステーション３３８が、潜像に合致するトナーを、感光体３２８から基板に転写する電場を生成する。トナー像を保持する基板が、熱と圧力とを加えて画像を基板に定着させる定着ステーション３４４に移動する。その後、基板は出力ユニット３２０に移動して、ピックアップロール３２２上に巻きつく。
【００３７】
プリンタ３００は、プロセス１００で説明したように、紙の上に非導電性画像を生成するように構成された静電プリンタの一実施形態の実施例である。また、カットシートプリンタを含む他の静電プリンタ実施形態も、プロセス１００を実現するのに適している。
【００３８】
図４は、非導電性インクを用いて基板上に上述の陰画パターンを印刷するように構成された相転移インクジェットプリンタ４００を示している。プリンタ４００は、コントローラ４５０と、インクジェット印刷ユニット４２１と、媒体ウェブ４１４として示す基板を供給ロール４０８からピックアップロール４３２まで誘導するように構成された媒体経路Ｐと、を含んでいる。動作について見ると、インクジェット印刷ユニット４２１は、媒体ウェブ４１４上に相転移インクの液滴を射出して、媒体ウェブ４１４上に非導電性インクのパターンを形成する。
【００３９】
相転移インクは、室温では実質的に固体であり、媒体ウェブ４１４上に噴射するために相転移インクの融点まで加熱したときには実質的に液体である。一実施形態では、相転移インクの融点が約７０℃〜１４０℃である。他の実施形態では、プリンタに利用するインクがＵＶ硬化性ゲルインクを含んでいてもよい。また、ゲルインクはプリントヘッドのインクジェットエジェクタにより射出する前に加熱してもよい。本明細書で使用する場合、液体インクは、溶けた固体インク、加熱したゲルインク、または水性インク、インクエマルジョン、インクサスペンション、もしくはインク溶液などの他の既知の形態のインクを示している。相転移インクは媒体ウェブ４１４に吸収されるのではなく、媒体ウェブ４１４全体を覆って層を形成するため、媒体ウェブ４１４上に陰画を印刷する際に利点をもたらす。したがって、相転移インクは、図２Ｆに上述したように、基板上に形成された導電体よりも厚い非導電性材料層を形成するのに適している。
【００４０】
コントローラ４５０は画像データを処理して、インクジェット印刷ユニット４２１内のインクジェットエジェクタに対する電気制御信号を生成して、媒体ウェブ４１４上へのインク滴の射出を制御する。コントローラ４５０は電気制御信号を生成して、インクジェット印刷ユニット４２１を作動させて、媒体ウェブ４１４上に形成された導電体の陰画に対応して媒体ウェブ４１４上に画像を形成する。コントローラ４５０は導電体の陽画データを陰画に変換できる。いくつかの実施形態では、コントローラ４５０はラスタ画像に対応するビットマップ画像データを受信し、他の実施形態では、コントローラ４５０はガーバーデータなどの非ラスタデータ形式からビットマップ画像を生成するように構成されている。
【００４１】
印刷ユニット４２１は１つ以上のプリントヘッドを含み、これらのプリントヘッドのそれぞれは複数のインクエジェクタを含んでいる。非導電性パターンを形成するためにインクエジェクタが媒体ウェブ４１４をインク滴で覆うことができるようにするために、プリントヘッドを媒体ウェブ４１４の幅を横切って配置している。図４はただ１つのインクステーション４２１を示しているが、プリンタ４００の他の実施形態が媒体ウェブ４１４上にさまざまな色を有するインク滴を射出する複数のインクステーションを含んでいる。いくつかの実施形態では、１つの印刷ステーションが非導電性パターンを形成するためにインクを射出し、第２の印刷ステーションが基板上に画像または文字列などの情報を印刷するために他の種類のインクを射出する。
【００４２】
動作中、媒体ウェブ４１４は、ソースロール４１０から送り出されて、図示されていないさまざまなモータにより駆動され、これらのモータは媒体経路Ｐに沿って設置された１つ以上のローラを回転させる。媒体調節装置が、ローラ４１２と、予熱器４１８と、を含んでいる。ローラ４１２は、媒体搬送が媒体経路Ｐに沿って媒体ウェブを動かすときに、送り出される媒体ウェブ４１４の張力を制御する。他の実施形態では、媒体基板がカットシート形態で媒体経路Ｐの中を移動するが、その場合には、媒体供給取扱システムが、プリンタの中を通って望ましい経路に沿ってカット媒体シートの搬送を可能にする任意の好適な装置または構造を含んでいてもよい。予熱器４１８は、現在印刷している媒体の種類と、現在使用しているインクの種類、色、および個数と、に対応する望ましい画像特性のために選択された最初の所定温度までウェブを昇温する。予熱器４１８の実施形態は、実用的な一実施形態では約３０℃〜約７０℃の範囲の目標予熱温度まで媒体を昇温するために、接触熱、放射熱、伝導熱、または対流熱を使用する。
【００４３】
印刷ユニット４２１を含む印刷ゾーン４２０を通って媒体基板を搬送する。コントローラ４５０は、印刷ユニット４２１内のプリントヘッドに向かい合った媒体支持器４２４の最も近くに取り付けたエンコーダから速度データを受信して、ウェブがプリントヘッドを通過するときのウェブの線速度と位置とを計算する。コントローラ４５０は、これらのデータを使用してプリントヘッド内のインクエジェクタを作動させるタイミング信号を生成して、プリントヘッドが媒体ウェブ４１４上の陰画回路画像の見当合わせに対して適切なタイミングおよび精度でインクを射出できるようにする。コントローラ４５０は、コントローラ４５０で処理した画像データを基準にしてインクエジェクタのそれぞれを作動させるための電気的な発射信号を生成する。
【００４４】
印刷ゾーン４２０の後には媒体経路に沿って１つ以上の「中間ヒータ」４３０がある。中間ヒータ４３０の実施形態は、媒体の温度を制御するために、接触熱、放射熱、伝導熱、および／または対流熱を使用する。中間ヒータ４３０は、スプレッダ（展着装置）４４０の中を通って媒体上のインクを送るときに望ましい特性に適した温度まで媒体上に載っているインクを昇温する。一実施形態では、中間ヒータの目標温度に対する有効範囲が約３５℃〜約８０℃である。中間ヒータ４３０は、インク温度と基板温度とを互いの約１５℃以内まで均一にする効果がある。低いインク温度では線の広がりが少なく、他方、高いインク温度では透き通し（印刷物の反対側から画像が透けて見えること）を引き起こす。中間ヒータ４３０は、スプレッダの温度よりも高い０℃〜２０℃になるように基板温度とインク温度とを調節する。
【００４５】
中間ヒータ４３０の直後には、媒体に画像を定着させるために定着アセンブリ４４０が媒体に熱および／または圧力を加えるように構成されている。定着アセンブリは、加熱した、または加熱していない圧力ローラ、放射ヒータ、加熱ランプ、およびその種の他のものを含む、媒体に画像を定着させるのに適した任意の装置または器具を含んでいてもよい。図４の実施形態では、定着アセンブリは、媒体に所定の圧力を加える「スプレッダ」４４０を含み、いくつかの実施態様では、媒体に所定の熱を加える「スプレッダ」４４０を含んでいる。スプレッダ４４０は、媒体に熱および圧力を加えるための画像側ローラ４４２および圧力ローラ４４４などのローラを含んでいる。どちらのローラも、媒体ウェブ４１４を約３５℃〜約８０℃の範囲の温度にするために発熱体４４６などの加熱要素を含むことができる。他の実施形態では、定着アセンブリが印刷ゾーン４２０の後に媒体の非接触加熱（圧力のない）を用いてインクを薄く塗る。このような非接触定着アセンブリは、放射ヒータ、ＵＶ加熱ランプなどの、望ましい温度まで媒体を加熱するのに適した任意の種類のヒータを使用してもよい。
【００４６】
スプレッダ４４０は圧力および熱を加えて、媒体ウェブ４１４上に位置する個々のインク液滴を組み合わせて、より大きなインク画像に一体化する。上述のように、印字図形内の非導電性パターン２０８は、導電性材料２２０が導電体を形成するのを妨げる粗さを備えた表面２１２を有している。中間ヒータ４３０が加える熱の総量と、スプレッダ４４０が加える圧力の総量とが、インク内のインクの一貫した画線比率を提供するとともに、また、プロセス１００に対して適正水準の表面粗さを有する表面の感触を提供する。
【００４７】
スプレッダ４４０を通過した後に、媒体ウェブ４１４をピックアップロール４３２上に巻き取る。他の構成では、媒体ウェブ４１４が両面印刷される。１つの構成では、両面印刷のための２度目には、媒体ウェブが媒体ウェブ反転装置と、プリンタ４００と同じ構成を有する第２のプリンタと、の中を縫うようにして通り抜ける。他の構成では、媒体ウェブ４１４が、媒体ウェブ４１４の第１の面に続いて、媒体ウェブをひっくり返して、媒体経路Ｐを通って媒体ウェブ４１４を供給するウェブ反転装置を通る。印刷システム３００を直接インクジェットプリンタとして示しているが、他のインクジェットプリンタが、画像ドラムまたは画像ベルト上にインク潜像を形成して、そのインク潜像を印刷媒体にトランスフィックスする間接プリンタを含んでいる。
【００４８】
プリンタ３００および４００の両方は、非導電性マーキング剤を用いて画像を印刷するように構成されており、この非導電性マーキング剤は非導電性マーキング剤全体を覆って形成された導電性材料が導電体を形成するのを防止するのに十分な表面粗さを有している。プリンタ３００および４００では、印字図形の表面粗さに影響を与える１つの印刷ジョブパラメータが、印字図形の「光沢度」である。本明細書で使用する場合、用語「光沢度」は、基板上に形成された画像の鏡面反射の度合いを示しており、高光沢画像は鏡面反射の度合いがより高く、低光沢画像は鏡面反射の度合いがより低い。印字図形の表面粗さは印字図形の光沢度に影響を与え、低光沢度画像は印字図形からの光の鏡面反射を低減する大きな表面粗さを有している。いくつかのプリンタ実施形態が、印刷ジョブの一部分として光沢度パラメータを含んでいる。プリンタが低光沢印刷モードまたは「つや消し」印刷モードで画像を印刷するとき、プリンタはプロセス１００とともに使用するのに適した表面粗さの印字図形を実現する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３】
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【図４】
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